微生物工程工藝原理第二章培養(yǎng)基的制備與滅菌

1、第二章第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌培養(yǎng)基的制備與滅菌第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及用途一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及用途功能：生長、繁殖需要；功能：生長、繁殖需要；.能源：能源：自養(yǎng)菌：光（光能自養(yǎng)）、氫、硫、氨、亞自養(yǎng)菌：光（光能自養(yǎng)）、氫、硫、氨、亞硝酸鹽、亞鐵鹽（化能自養(yǎng)）硝酸鹽、亞鐵鹽（化能自養(yǎng)）異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機物、石油天然氣異養(yǎng)菌：碳水化合物等有機物、石油天然氣和石油化工產(chǎn)品和石油化工產(chǎn)品第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基的原料培養(yǎng)基的原料 功能：提供能量、構(gòu)成菌體、代謝產(chǎn)物的物功能：提供能量、構(gòu)成菌體、代謝產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)

2、；質(zhì)基礎(chǔ)；.碳源碳源 ：碳酸氣、：碳酸氣、 淀粉水解糖、糖蜜、亞淀粉水解糖、糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液、正構(gòu)石蠟、天然氣、硫酸鹽紙漿廢液、正構(gòu)石蠟、天然氣、 醋酸、醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品等甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品等第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 功能：構(gòu)成菌體、含氮代謝物；功能：構(gòu)成菌體、含氮代謝物；.氮源：豆餅或蠶蛹水解液、味精廢液、玉氮源：豆餅或蠶蛹水解液、味精廢液、玉米漿、酒糟水等有機氮、尿素、硫酸銨、氨米漿、酒糟水等有機氮、尿素、硫酸銨、氨水、硝酸鹽等無機氮、氣態(tài)氮等水、硝酸鹽等無機氮、氣態(tài)氮等第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第

3、一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 功能：構(gòu)成菌體，維持酶活性，調(diào)節(jié)滲透壓，功能：構(gòu)成菌體，維持酶活性，調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pH值，維持氧化還原電位；值，維持氧化還原電位； .無機鹽無機鹽:磷酸鹽、鉀鹽、鈣鹽等礦物鹽、磷酸鹽、鉀鹽、鈣鹽等礦物鹽、鐵、錳、鈷等微量元素鐵、錳、鈷等微量元素第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 功能：酶的輔助部分，維持生命活動；功能：酶的輔助部分，維持生命活動；.生長因子：硫胺素、生物素、對氨基苯甲生長因子：硫胺素、生物素、對氨基苯甲酸、肌醇等酸、肌醇等功能：生化反應(yīng)均在水溶液中進(jìn)行；功能：生化反應(yīng)均在

4、水溶液中進(jìn)行；.水分水分第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 二、培養(yǎng)基的類型二、培養(yǎng)基的類型 天然培養(yǎng)基；合成培養(yǎng)基，也稱組合培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基；合成培養(yǎng)基，也稱組合培養(yǎng)基（多用于定量研究）；半合成培養(yǎng)基，（用（多用于定量研究）；半合成培養(yǎng)基，（用的最多）；的最多）；1.依營養(yǎng)物質(zhì)的來源分類依營養(yǎng)物質(zhì)的來源分類第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 液體培養(yǎng)基；液體培養(yǎng)基；固體培養(yǎng)基；固體培養(yǎng)基；2.依培養(yǎng)基制成的形式分：依培養(yǎng)基制成的形式分：第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培

5、養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 基礎(chǔ)培養(yǎng)基基礎(chǔ)培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基鑒別培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基3.依培養(yǎng)基主要成分和使用目的來分依培養(yǎng)基主要成分和使用目的來分孢子培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基4.根據(jù)生產(chǎn)工藝來分根據(jù)生產(chǎn)工藝來分第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基的用途與要求、成分、配比經(jīng)實發(fā)酵培養(yǎng)基的用途與要求、成分、配比經(jīng)實驗確定，配制時兼顧原料來源、成本及工藝驗確定，配制時兼顧原料來源、成本及工藝管理；管理；三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微

6、生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 1.節(jié)約原料，減低單耗，提高發(fā)酵單位和總節(jié)約原料，減低單耗，提高發(fā)酵單位和總收率；收率；2.開辟新的發(fā)酵原料（菌種、發(fā)酵工藝），開辟新的發(fā)酵原料（菌種、發(fā)酵工藝），節(jié)約糧食消耗；節(jié)約糧食消耗；四、原料轉(zhuǎn)換及意義四、原料轉(zhuǎn)換及意義第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 一、淀粉水解糖的制備方法一、淀粉水解糖的制備方法2.酶解法：（雙酶水解法）：酶解法：（雙酶水解法）： -淀粉酶（液化）淀粉酶（液化） 糖化酶（糖化）糖化酶（糖化）1.酸解法：酸解法：第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)

7、基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 第二節(jié)第二節(jié) 淀粉水解糖的制備淀粉水解糖的制備酸酶法酸酶法酶酸法酶酸法3.酸酶結(jié)合法酸酶結(jié)合法第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 二、淀粉酸水解理論基礎(chǔ)二、淀粉酸水解理論基礎(chǔ)淀粉水解成葡萄糖的反應(yīng)過程中同時發(fā)生著：淀粉水解成葡萄糖的反應(yīng)過程中同時發(fā)生著：水解反應(yīng)、復(fù)合反應(yīng)、分解反應(yīng)；其中水解水解反應(yīng)、復(fù)合反應(yīng)、分解反應(yīng)；其中水解反應(yīng)是主要的。反應(yīng)是主要的。第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 1.淀粉水解過程淀粉水解過程 淀粉淀粉 糊精糊精 低聚糖低聚糖 葡萄糖葡萄糖淀粉

8、的水解反應(yīng)淀粉的水解反應(yīng)主要因素主要因素:酸的種類、濃度、水解溫度、時酸的種類、濃度、水解溫度、時間間3.影響酸水解的因素影響酸水解的因素屬于單分子一級反應(yīng)類型：屬于單分子一級反應(yīng)類型：2.淀粉酸水解反應(yīng)動力學(xué)淀粉酸水解反應(yīng)動力學(xué)ckdtdc第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 在淀粉的酸糖化過程中，水解生成的葡萄糖在淀粉的酸糖化過程中，水解生成的葡萄糖受酸和熱的影響，葡萄糖分子之間通過糖苷受酸和熱的影響，葡萄糖分子之間通過糖苷鍵

9、相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。鍵相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚糖。復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行及糖種類生成的影響因素：復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行及糖種類生成的影響因素：糖濃度、溫度、酸種類及濃度糖濃度、溫度、酸種類及濃度參見參見P26-27 表表2-7、圖、圖2-2葡萄糖葡萄糖 5-羥甲基糠醛羥甲基糠醛乙酰丙酸、蟻酸、乙酰丙酸、蟻酸、色素物質(zhì)；色素物質(zhì)；影響因素：糖濃度、溫度、影響因素：糖濃度、溫度、pH值、時間；值、時間； 葡萄糖的分解反應(yīng)葡萄糖的分解反應(yīng)第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 一、糖蜜的來源與特點一、糖蜜的來源與特點糖蜜加水稀釋到糖蜜加水稀釋到5

10、0Bx 加入加入0.20.3濃硫濃硫酸，通入壓縮空氣酸，通入壓縮空氣1小時小時靜置澄清靜置澄清8小時，小時，取上清液。取上清液。1.加酸通風(fēng)沉淀法（冷酸通風(fēng)處理法）：加酸通風(fēng)沉淀法（冷酸通風(fēng)處理法）：二、糖蜜前處理的方法二、糖蜜前處理的方法第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 第三節(jié)第三節(jié) 糖蜜的前處理糖蜜的前處理前處理包括稀釋、酸化、澄清、滅菌環(huán)節(jié)；前處理包括稀釋、酸化、澄清、滅菌環(huán)節(jié)；糖蜜加水稀釋到糖蜜加水稀釋到40 加適量硫酸調(diào)節(jié)加適量硫酸調(diào)節(jié)pH值到值到44.5 放入澄清槽加熱至放入澄清槽加熱至8090，通風(fēng)通風(fēng)30min 保溫保溫 70

11、80 812 小時，小時，取上清液。取上清液。2.加熱加酸沉淀法（熱酸通風(fēng)沉淀法）：加熱加酸沉淀法（熱酸通風(fēng)沉淀法）： 第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 糖蜜稀釋至糖蜜稀釋至3040 Bx 加硫酸調(diào)加硫酸調(diào)pH 33.8，加熱至加熱至90添加添加PAM 至至810-6，攪拌均，攪拌均勻勻靜置靜置1小時，取上清液。小時，取上清液。3.添加絮凝劑澄清處理法：添加絮凝劑澄清處理法：第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 三、谷氨酸發(fā)酵糖蜜前處理三、谷氨酸發(fā)酵糖蜜前處理第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一

12、篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 3.追加糖蜜法追加糖蜜法添加青霉素法、添加表面活性劑、添加抗氧添加青霉素法、添加表面活性劑、添加抗氧劑法劑法2.添加化學(xué)藥劑處理法：添加化學(xué)藥劑處理法：1.糖蜜預(yù)處理法：活性炭處理法、樹脂處理糖蜜預(yù)處理法：活性炭處理法、樹脂處理法、亞硝酸處理法法、亞硝酸處理法第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌能夠分解纖維素的微生物很多。既有好氧性能夠分解纖維素的微生物很多。既有好氧性微生物，也有厭氧性微生物；既有細(xì)菌，也微生物，也有厭氧性微生物；既有細(xì)菌，也有放線菌和真菌。有放線菌和真菌。纖維素纖維素纖維素酶纖維素酶葡萄糖葡萄糖發(fā)酵制品發(fā)酵制品第一篇第一篇 微生物工業(yè)

13、菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 第四節(jié)第四節(jié) 纖維素代糧發(fā)酵纖維素代糧發(fā)酵第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌指某一代謝中間體的前一階段的物質(zhì)。例指某一代謝中間體的前一階段的物質(zhì)。例如葡萄糖是糖原或乳酸的前體物質(zhì)；一般如葡萄糖是糖原或乳酸的前體物質(zhì)；一般在生物合成反應(yīng)的中間過程中，某一階段在生物合成反應(yīng)的中間過程中，某一階段前的物質(zhì)，都可以說是該階段物質(zhì)的前體前的物質(zhì)，都可以說是該階段物質(zhì)的前體物質(zhì)。物質(zhì)。前體物質(zhì)前體物質(zhì)第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 第五節(jié)第五節(jié) 前體物質(zhì)與促進(jìn)劑前體物質(zhì)與促進(jìn)劑第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌促進(jìn)劑促進(jìn)劑在發(fā)酵過程中添加的對發(fā)酵制品生產(chǎn)具有

14、促在發(fā)酵過程中添加的對發(fā)酵制品生產(chǎn)具有促進(jìn)作用的物質(zhì)。如誘導(dǎo)物、表面活性劑；進(jìn)作用的物質(zhì)。如誘導(dǎo)物、表面活性劑；第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 一、消毒與滅菌的區(qū)別一、消毒與滅菌的區(qū)別二、消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用二、消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用三、滅菌方法：物理滅菌三、滅菌方法：物理滅菌(熱力：干熱滅菌、熱力：干熱滅菌、濕熱滅菌；射線：各種放射線、微波等）；濕熱滅菌；射線：各種放射線、微波等）；化學(xué)滅菌（各種化學(xué)藥品）；化學(xué)滅菌（各種化學(xué)藥品）；第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 第六節(jié)第六節(jié) 培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅

15、菌四、加熱滅菌的原理四、加熱滅菌的原理1.微生物的熱阻：微生物對熱的抵抗力；微生物的熱阻：微生物對熱的抵抗力；2.微生物的熱致死動力學(xué)：對數(shù)殘留方程微生物的熱致死動力學(xué)：對數(shù)殘留方程菌體受熱被殺死，主要的原因是蛋白質(zhì)變菌體受熱被殺死，主要的原因是蛋白質(zhì)變性，這種反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)，即：性，這種反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)，即：NKddN K是活菌的比熱致死速率常數(shù)是活菌的比熱致死速率常數(shù) ， 第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 在恒定溫度下，將上式積分，邊界條件為：在恒定溫度下，將上式積分，邊界條件為： NKddN 00 ，0NN KNNeNNK

16、NNdKNdN000ln0第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 3.熱致死反應(yīng)的速度常數(shù)熱致死反應(yīng)的速度常數(shù) KK 是表達(dá)微生物耐熱性的特征常數(shù)，是表達(dá)微生物耐熱性的特征常數(shù)，K 除除了決定于菌體的種類及存在形式外，還是了決定于菌體的種類及存在形式外，還是溫度的函數(shù)（與普通化學(xué)反應(yīng)一樣），因溫度的函數(shù)（與普通化學(xué)反應(yīng)一樣），因此滅菌溫度的選擇是滅菌操作的核心。此滅菌溫度的選擇是滅菌操作的核心。4.滅菌溫度的選擇滅菌溫度的選擇試驗表明：微生物熱致死反應(yīng)速度常數(shù)試驗表明：微生物熱致死反應(yīng)速度常數(shù) K 與溫度之間的關(guān)系也可以用與溫度之間的關(guān)系也可以用A

17、rrhenius方程方程來表征，即來表征，即第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 在不同溫度作滅菌試驗，求得相應(yīng)的在不同溫度作滅菌試驗，求得相應(yīng)的 K，按，按lnK對對1/T作圖，從直線的斜率即可求出作圖，從直線的斜率即可求出ETREeAK ATREKlnln lnK1/T第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 因因 K 是是E 和和 T 的函數(shù)，即的函數(shù)，即 K 對對 T 的變化的變化率與率與E 有關(guān)。上式兩邊對有關(guān)。上式兩邊對 T 求導(dǎo)數(shù)，得求導(dǎo)數(shù)，得該式表明：反應(yīng)的該式表明：反應(yīng)的E愈高，愈高，

18、lnK 對對 T 的變的變化率愈大，亦即化率愈大，亦即T 的變化對的變化對 K 的影響愈大。的影響愈大。這是滅菌溫度選擇的基礎(chǔ)。這是滅菌溫度選擇的基礎(chǔ)。 2lnTREdTKd 第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 通常菌體死滅的通常菌體死滅的E 約在約在200400 KJ/mol；而維生素被破壞的而維生素被破壞的E 約在約在8100 KJ/mol，滅菌中，溫度升高，菌體死滅速率的增加遠(yuǎn)滅菌中，溫度升高，菌體死滅速率的增加遠(yuǎn)大于營養(yǎng)成分被破壞的增加，這就是高溫短大于營養(yǎng)成分被破壞的增加，這就是高溫短時間滅菌的依據(jù)。時間滅菌的依據(jù)。P44 表表2-27 第二章 培養(yǎng)基的制備與滅菌第一篇第一篇 微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基微生物工業(yè)菌種與培養(yǎng)基 五、影響培養(yǎng)基滅菌的其他因素五、影響培養(yǎng)基滅菌的其他因素培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)基成分、pH值、培養(yǎng)基中的顆粒、值、培養(yǎng)基中的顆粒、泡沫；泡沫；六、培養(yǎng)基滅菌時間的計算六、培養(yǎng)基滅菌時